Тепловой баланс котла и пути повышения эффективности его работы
Сжигание топлива в котле сопровождается неизбежными потерями, вследствие чего химическая энергия не может быть использована полностью. Выделившееся тепло отдается лучеиспусканием и конвекцией поверхностям, которые окружают топочное пространство. Образующиеся дымовые газы во время своего движения по газоходам котла омывают конвективные поверхности нагрева, встречающиеся на пути, и также отдают им часть своего тепла. Происходит постепенное снижение температуры газов и дымовую трубу поступают уже значительно охлажденные газы, называемые уходящими.
Основной частью тепловых потерь в котельной установке считают именно физическое тепло названных выше газов. К сожалению, осуществить полное устранение потери тепла с уходящими газами не представляется возможным. Объяснить это можно хотя бы тем, что для этого нужно охладить дымовые газы до температуры подаваемого в топку топлива и дутьевого воздуха. Если опираться на экономические соображения, то делать это не целесообразно, ведь когда перепады температур, возникающие между газами и нагреваемым веществом, ничтожно малы, не имеют особого значения, нагреваемая поверхность теплового оборудования заметно увеличивается, ее площадь возрастает. Охлаждаться уходящие газы в отопительных котлах должны до уровня 180-200˚С. Однако возможны случаи, когда эта температура может достигать 300-350˚С.
Для многих будет вполне очевидным тот факт, что потери тепла с уходящими газами прямо пропорциональны температуре этих газов, то есть чем выше температура, тем больше теплопотери. На увеличение последних влияет и коэффициент избытка воздуха. При отсутствии или недостаточной плотности обмуровки котла и разрежении в топке, теплоагрегате и дымоходах к дымовым газам подсасывается воздух из окружающей среды. Именно этим явлением объясняется постепенное возрастание избытка воздуха в уходящих газах и то, что его величина при выходе дымовых газов из котла становится больше, чем в топке. Попав в котел, избыточный воздух поглощает тепло для своего нагрева. При этом тепловые потери будут тем больше, чем больше воздуха смешивается с уходящими газами. Получается, что для достижения такой цели, как повышение экономичности котельной установки, необходимо вести процесс горения с наименьшим допустимым коэффициентом избытка воздуха. Помимо этого, нужно обращать особое внимание на создание и поддержание, а также добиться такого эффекта, чтобы дымовые газы охлаждались как можно больше. Достичь этого можно с помощью очистки поверхности котла от образовавшейся в ходе его эксплуатации золы и сажи, проводимой регулярно и своевременно, без задержек.
Если процесс горения организован неправильно, то появляется потеря тепла с химическим недожогом. В случае, когда это происходит, горение начинает протекать не полно, а в продуктах горения появляются горючие компоненты, которые способны выделять тепло при сгорании. Потери тепла, возникающие при химической неполноте сгорания или химическом недожоге топлива, как правило, выражают в процентах. В связи с этим сжигание топлива должно быть организовано таким образом, чтобы оно было наиболее полным. Среди потерь тепла при химической неполноте сгорания выделяются такие, как недостаток воздуха, низкая температуру в топке, неправильное распределении воздуха и недостаточный объем топочного пространства. В целях минимизации названных потерь применяются следующие меры: во-первых, топливо забрасывается чаще, но небольшими порциями; во-вторых, следует добиться хорошего смешения газа с воздухом и тонкого распыливания жидкого топлива в форсунках; в-третьих, важно контролировать, чтобы дверка топки не была долго в открытом положении. Кроме того, нельзя прогаров и шлакования колосниковой решетки; прогары способствуют неравномерному распределению воздуха по слою топлива, а зашлакованная решетка препятствует проходу воздуха в топку.
Когда котел работает на твердом топливе, возникают потери тепла от механической неполноты сгорания, которые обозначают величиной и измеряют в ккал/Л или кдж/кг. Для того, чтобы избежать подобные потери, нужно установить минимально возможные размеры прозоров между колосниками в соответствии с сжигаемым топливом. В качестве второго из принимаемых действий необходимо не допускать выгреба вместе со шлаком несгоревших частиц твердого топлива. Оптимальный режим топки также не будет лишним и его нужно добиваться, а мелочь с крупными кусками топлива должны быть максимально тщательно перемешаны, так как это может предотвратить унос несгоревших частиц маленьких размеров. В качестве причин последнего явления можно назвать слишком малую высоту топки, недопустимую для предотвращения подобного «недоразумения»; режим топки, если тот был выбран неверно; ну и, конечно, сжигание твердого топлива, не прошедшего сортировку.
Помимо всего названного ранее, тепловые потери котла изменяются и за счет форсировки котла. Топливо сжигается в большем количестве, сопровождаясь повышением образования дымовых газов, если параллельно с этим увеличивается тепловая нагрузки котлового агрегата. Одновременно с этим растут потери тепла с уходящими газами. Это вполне объяснимо, если помнить о возрастании температуры последних при увеличении нагрузки.
